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Maintenant vous le voyez, maintenant vous ne le voyez pas. Le verre est un peu une énigme. C’est assez difficile de nous protéger, mais ça se brise avec une facilité incroyable. Il est fabriqué à partir de sable opaque, mais il est complètement transparent. Et, peut-être le plus surprenant de tous, il se comporte comme un matériau solide … mais c’est aussi une sorte de liquide bizarre déguisé ! Vous pouvez trouver du verre partout où vous regardez: la plupart des pièces de votre maison auront une fenêtre en verre et, sinon, peut-être un miroir en verre … ou une ampoule en verre. Le verre est l’un des matériaux créés par l’homme les plus anciens et les plus polyvalents au monde. Découvrons-en plus à ce sujet.

Qu’est-ce que le verre ?

Photo : Le verre peut être utilisé pour recycler d’autres matériaux. Le verre d’uranium a une couleur jaune-vert inhabituelle et brille dans la lumière ultraviolette. Ces morceaux de verre ont été fabriqués à partir de déchets d’uranium provenant du nettoyage de l’usine de traitement de l’uranium de Fernald près de Cincinnati, Ohio, États-Unis. La vitrification (transformation d’un matériau en verre) est un moyen d’éliminer les déchets nucléaires en toute sécurité. Photo reproduite avec l’aimable autorisation du département de l’Énergie des États-Unis.

Croyez-le ou non, le verre est fabriqué à partir de sable liquide. Vous pouvez fabriquer du verre en chauffant du sable ordinaire (qui est principalement fait de dioxyde de silicium) jusqu’à ce qu’il fonde et se transforme en liquide. Vous ne trouverez pas cela sur votre plage locale: le sable fond à la température incroyablement élevée de 1700 ° C (3090 ° F).

Lorsque le sable fondu refroidit, il ne se transforme pas en la substance jaune granuleuse avec laquelle vous avez commencé: il subit une transformation complète et gagne une structure interne entièrement différente. Mais peu importe combien vous refroidissez le sable, il ne se met jamais tout à fait dans un solide. Au lieu de cela, il devient une sorte de liquide congelé ou ce que les scientifiques des matériaux appellent un solide amorphe. C’est comme un croisement entre un solide et un liquide avec une partie de l’ordre cristallin d’un solide et une partie du hasard moléculaire d’un liquide.

Le verre est un matériau si populaire dans nos maisons parce qu’il a toutes sortes de propriétés vraiment utiles. En plus d’être transparent, il est peu coûteux à fabriquer, facile à façonner lorsqu’il est fondu, raisonnablement résistant à la chaleur lorsqu’il est réglé, chimiquement inerte (de sorte qu’un bocal en verre ne réagit pas avec les choses que vous mettez à l’intérieur), et il peut être recyclé un certain nombre de fois.

Comment le verre est-il fabriqué?

Œuvre : Fabrication du verre simplifiée : mélanger et chauffer du sable et du verre recyclé avec du carbonate de calcium et du carbonate de sodium.

Lorsque des scientifiques américains ont testé un prototype de bombe atomique dans le désert du Nouveau-Mexique en 1945, l’explosion a transformé le sable dans la zone immédiate de l’impact en verre. Heureusement, il existe des moyens plus faciles et moins extrêmes de fabriquer du verre, mais tous ont besoin d’immenses quantités de chaleur.

Dans une usine de verre commerciale, le sable est mélangé avec des déchets de verre (provenant de collectes de recyclage), de carbonate de soude (carbonate de sodium) et de calcaire (carbonate de calcium) et chauffé dans un four. La soude réduit le point de fusion du sable, ce qui permet d’économiser de l’énergie lors de la fabrication, mais elle présente un inconvénient malheureux : elle produit une sorte de verre qui se dissoudrait dans l’eau ! Le calcaire est ajouté pour empêcher que cela ne se produise. Le produit final est appelé verre sodocalcique-silice. C’est le verre ordinaire que nous pouvons voir tout autour de nous.

Photo: Le verre borosilicate, comme ce pichet PYREX® (arrière), peut résister à des changements extrêmes de température, contrairement au verre normal (avant), qui se brise. Le bocal en verre ordinaire à l’avant est un peu plus mince et considérablement plus léger. Vous pouvez également voir très clairement que le verre borosilicate est d’une couleur légèrement bleuâtre (tout comme l’oxyde de bore à partir duquel il est fabriqué).

Une fois le sable fondu, il est soit versé dans des moules pour fabriquer des bouteilles, des verres et d’autres récipients, soit « flotté » (versé sur une grande cuve de métal d’étain fondu) pour faire des feuilles de verre parfaitement plates pour les fenêtres. Des récipients en verre inhabituels sont encore parfois fabriqués en les « soufflant ». Un « gob » (morceau) de verre fondu est enroulé autour d’un tuyau ouvert, qui tourne lentement. L’air est soufflé à travers l’extrémité ouverte du tuyau, ce qui fait exploser le verre comme un ballon. Avec un soufflage et un tournage habiles, toutes sortes de formes étonnantes peuvent être faites.

Les verriers utilisent un processus légèrement différent selon le type de verre qu’ils veulent fabriquer. Habituellement, d’autres produits chimiques sont ajoutés pour modifier l’apparence ou les propriétés du verre fini. Par exemple, des produits chimiques à base de fer et de chrome sont ajoutés au sable fondu pour fabriquer du verre teinté de vert. Le verre borosilicate résistant au four (largement vendu sous la marque PYREX®) est fabriqué en ajoutant de l’oxyde de bore au mélange fondu. L’ajout d’oxyde de plomb permet de créer un verre cristallin fin qui peut être coupé plus facilement; Le cristal de plomb taillé très prisé scintille de couleur lorsqu’il réfracte (plie) la lumière qui le traverse. Certains types spéciaux de verre sont fabriqués par un processus de fabrication différent. Le verre pare-balles est fabriqué à partir d’un sandwich ou d’un stratifié de plusieurs couches de verre et de plastique collées ensemble. Le verre trempé utilisé dans les pare-brise de voiture est fabriqué en refroidissant le verre fondu très rapidement pour le rendre beaucoup plus dur. Le verre teinté (coloré) est fabriqué en ajoutant des composés métalliques au verre pendant qu’il est fondu; différents métaux donnent aux segments séparés du verre leurs différentes couleurs.

Le verre est-il un solide… ou un liquide?

Illustration: Haut: Dans un solide cristallin régulier, les atomes sont disposés de manière nette et prévisible. En bas: Dans un solide amorphe, comme le verre, la disposition est beaucoup plus aléatoire.

C’est une question très intéressante.

La réponse est les deux – et ni l’un ni l’autre ! Il existe des opinions très divergentes sur la façon de se référer à des matériaux tels que le verre qui semblent être un peu comme des liquides à certains égards et un peu comme des solides à d’autres.

Dans les écoles et dans les livres, nous avons tendance à apprendre que les solides ont tous une structure fixe d’atomes.

En fait, il existe différents types de solides qui ont des structures très différentes et tout ce que nous décrivons comme « solide » ne se comporte pas exactement de la même manière. Pensez à un morceau de fer et à un morceau de caoutchouc. Très clairement, ce sont tous les deux des solides, et pourtant le caoutchouc est très différent du fer. À l’intérieur, le caoutchouc et le fer ont leurs atomes (dans le cas du fer) et leurs molécules (dans le cas du

caoutchouc) disposés de manière totalement différente. Le fer a une structure régulière ou cristalline (comme un cadre d’escalade avec des atomes aux coins), tandis que le caoutchouc est un polymère (fabriqué à partir de longues chaînes de molécules faiblement reliées entre elles). Ou pensez à l’eau. Comme vous l’avez peut-être découvert, l’eau est un solide presque unique car elle se dilate pour commencer lorsqu’elle gèle. En bref, tout ne correspond pas parfaitement à nos idées de solides, de liquides et de gaz et tous les solides, liquides et gaz ne se comportent pas d’une manière agréable, soignée et facile à expliquer. Les exceptions sont les choses qui rendent la science vraiment intéressante!

Solides amorphes

Revenons au verre. Regardez à travers un microscope à l’intérieur d’un verre et vous constaterez que les molécules à partir desquelles il est fabriqué sont disposées selon un motif irrégulier. C’est pourquoi le verre est parfois appelé un solide amorphe (un solide sans la structure cristalline régulière que quelque chose comme un métal aurait). Vous pouvez également voir le verre décrit comme un « liquide congelé en surfusion ». C’est une autre façon de dire « le verre est un liquide qui ne s’est jamais fixé », ce qui est la déclaration déroutante que vous trouverez parfois dans les livres de science. On pourrait dire que le verre est un peu comme un liquide et un peu comme un solide. Il a une structure interne qui se situe quelque part entre la structure d’un liquide et d’un solide, avec une partie de l’ordre d’un solide et une partie du caractère aléatoire d’un liquide.

Le verre n’est en aucun cas le seul solide amorphe. Il est possible de fabriquer un type d’eau appelé glace amorphe qui pourrait être décrit comme entre solide (eau) et liquide (glace). Vous le faites en refroidissant l’eau très rapidement. La glace se forme si rapidement qu’elle n’a pas le temps de construire sa structure cristalline normale. Donc, ce que vous obtenez ressemble à de la glace, mais se comporte d’une certaine manière comme de l’eau liquide. D’autres substances peuvent également être transformées en solides amorphes. Les cellules solaires sont souvent fabriquées à partir de ce qu’on appelle du silicium amorphe.

À quoi sert le verre?

Le verre commence votre journée avec une étincelle: un coup d’œil à votre montre, un regard à travers la glaçure vers le soleil ou la pluie, un froncement de sourcils dans le miroir, un chant de la douche, alors que vous vous lavez avec de l’eau qui coule chaudement des panneaux solaires sur le toit. Les verres emballent la table du petit-déjeuner, qui pourrait, elle-même, être faite de verre fumé, et il y a des bouteilles et des pots de toutes formes et couleurs. En préparant le petit-déjeuner dans votre cuisine, vous utilisez peut-être une table de cuisson vitrocéramique ou un micro-ondes avec une fenêtre doublée de métal pour garder les vagues à l’intérieur. Peut-être regardez-vous les croissants se réchauffer à travers la porte du four en pyrex? (Et est-ce une théière en verre?)

Lorsque vous vérifiez vos e-mails au petit-déjeuner (mauvaise habitude), les données Internet à vitesse de la lumière se glissent vers votre maison via des fibres optiques, tout comme la lumière du soleil circule à travers les fenêtres réfléchissant la chaleur qui vous gardent au frais. Vous lisez les mots à travers le panneau LCD en verre de votre ordinateur portable ou le verre gorille trempé de votre smartphone, tous deux chargés par l’énergie solaire à partir de panneaux photovoltaïques sur le toit. Les têtes parlantes murmurent sur vous à travers l’écran de télévision dans le coin.

Ensuite, vous partez pour le travail ou l’école, dans une voiture enveloppée de verre, un bus, un train (peut-être même un hélicoptère), penché sous des lampes à faible consommation d’énergie recouvertes de verre pour les faire durer. Si vous conduisez, l’autoroute que vous empruntez pourrait être faite de granulats et d’asphalte, y compris du verre recyclé; même les bandes blanches au milieu utilisent de minuscules perles de verre pour les faire briller dans vos phares. Peut-être que vous tombez à la banque ou au bureau de poste sur votre chemin, souriant à la caissière derrière sa fenêtre pare-balles, alors que vous faites une copie rapide de votre permis de conduire (que vous laissez négligemment sur la plaque de verre de la photocopieuse).

Photo: Le verre fait entrer l’extérieur! C’est la merveilleuse chapelle Wayfarers à Rancho Palos Verdes, en Californie, conçue par Lloyd Wright (fils de Frank Lloyd Wright). Photo de la collection Jon B. Lovelace de photographies californiennes dans le projet America de Carol M. Highsmith, Bibliothèque du Congrès, Division des estampes et des photographies.

S’il s’agit d’un bâtiment moderne, votre bureau ou votre école pourrait être une mini cathédrale de verre; nous pensons que le verre est fragile et fragile, mais nous le durcissons de la bonne façon et vous pouvez en faire des murs, des planchers, des toits et des escaliers; les magasins montrent leurs marchandises à travers d’énormes panneaux stratifiés, polis à la perfection.

Et ce n’est qu’une infime sélection des choses que le verre fait pour nous. Il y a beaucoup plus d’endroits où vous le trouverez caché, des ampoules dans les thermomètres et les obturations de cermet dans les dents aux coques en fibre de verre des bateaux, le « papier de verre » que nous utilisons pour la décoration (qui est souvent du papier de verre), et même les jauges de contrainte qui nous avertissent lorsque les bâtiments se fissurent. Clair, propre, attrayant, non réactif, bon marché, fort et efficace. Que demander de plus ? Le verre est l’un de ces matériaux magiques que nous tenons absolument pour acquis; partout et nulle part – « invisiblement transparent », donc nous ne remarquons même pas qu’il est là !

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